JP2005293954A - Spark plug - Google Patents
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Abstract
【課題】 接地電極の強度を低下させること無く、コストを低減し、且つ、生産性を向上しつつ、接地電極に形成される亜鉛めっき層が剥離するのを防止することができるスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【解決手段】主体金具１に接地電極４の一端４２が結合された金具組立体２００を用意し、金具組立体２００の表面全体に亜鉛を主成分とする亜鉛めっき層１４１を形成し、亜鉛めっき層１４１が形成された接地電極４を、少なくとも他端部側部位Ｍ１が７００℃以上１０００℃未満の温度となるように加熱することで、亜鉛めっき層１４１の一部を接地電極４の表面と合金化し、残部を蒸発させて除去する。
【選択図】 図３PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a spark plug capable of preventing peeling of a galvanized layer formed on a ground electrode while reducing cost and improving productivity without reducing the strength of the ground electrode. It is to provide a method.
A metal fitting assembly 200 in which one end 42 of a ground electrode 4 is coupled to a metal shell 1 is prepared, a zinc plating layer 141 containing zinc as a main component is formed on the entire surface of the metal fitting assembly 200, and zinc plating is performed. The ground electrode 4 on which the layer 141 is formed is heated so that at least the other end side portion M1 has a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C., so that a part of the galvanized layer 141 is formed on the surface of the ground electrode 4. Alloy and remove the remainder by evaporation.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug used for ignition of an internal combustion engine.
自動車エンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグとして、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、該絶縁体の軸孔の先端側に配設される中心電極と、前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、前記中心電極と放電ギャップを隔てて対向する接地電極とを備えるスパークプラグが知られている。そして、主体金具の外周面に形成された取付ねじ部により、内燃機関等に取り付けられ使用される。 As a spark plug used for ignition of an internal combustion engine such as an automobile engine, an insulator having an axial hole extending in the axial direction, a center electrode disposed on a tip end side of the axial hole of the insulator, and the insulator There is known a spark plug including a metal shell surrounding the periphery of the electrode and a ground electrode facing the center electrode with a discharge gap therebetween. And it is attached and used for an internal combustion engine etc. by the attaching screw part formed in the outer peripheral surface of a metal shell.
ところで、このスパークプラグの主体金具の表面には、防食のために亜鉛めっきが施されることが多い。この主体金具に亜鉛めっきを施す方法として、通常、主体金具に接地電極が結合された状態（以下、金具組立体ともいう）で、いわゆるバレルめっき処理（以下、めっき処理とも言う。）を行うことが、生産性等を考慮すると有効であった。 By the way, the surface of the metallic shell of the spark plug is often galvanized for corrosion protection. As a method of galvanizing the metal shell, a so-called barrel plating process (hereinafter also referred to as a plating process) is usually performed in a state where a ground electrode is coupled to the metal shell (hereinafter also referred to as a metal fitting assembly). However, it was effective considering productivity and the like.
ところが、上記方法にてめっき処理を行うと、接地電極の表面に形成された亜鉛めっき層が、めっき処理後に行われるギャップ形成のための接地電極の曲げ加工により剥離することがある。また、ギャップ形成時に亜鉛めっきが剥離しない場合であっても、エンジン使用中に接地電極に熱応力が発生し、亜鉛めっき層が接地電極表面から剥離することがある。すると、剥離した亜鉛めっきが接地電極と中心電極との間に付着することがあり、その結果、スパークプラグが短絡、失火が発生することがある。特に、接地電極が、高温に耐えることができるＩｒ、Ｐｔ、Ｒｈのいずれか１つを主成分とする合金、またはそれ単体から構成された材料を用いて形成されることがあるが、このような金属にて構成される接地電極は、亜鉛めっきとの密着性が特に悪く、接地電極表面から亜鉛めっき層が剥離しやすい。 However, when the plating process is performed by the above method, the galvanized layer formed on the surface of the ground electrode may be peeled off by bending the ground electrode for gap formation performed after the plating process. Further, even when the galvanizing does not peel at the time of forming the gap, thermal stress may be generated on the ground electrode during use of the engine, and the galvanized layer may be peeled off from the surface of the ground electrode. Then, the peeled galvanizing may adhere between the ground electrode and the center electrode, and as a result, the spark plug may be short-circuited or misfired. In particular, the ground electrode may be formed by using an alloy mainly composed of any one of Ir, Pt, and Rh that can withstand high temperatures, or a material that is composed of a single substance. A ground electrode made of a simple metal has particularly poor adhesion to galvanizing, and the galvanized layer is easily peeled off from the surface of the ground electrode.
そこで、接地電極に樹脂チューブ等のマスクを被せ、接地電極をマスキングした状態で金具組立体にめっき処理を行うことで、主体金具のみに亜鉛めっき層を形成する方法が知られている。また、金具組立体にめっき処理を行い、金具組立体全体に亜鉛めっき層を形成した後、接地電極のみを研削することにより接地電極の表面の亜鉛めっき層を除去する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。さらには、金具組立体にめっき処理を行い、金具組立体全体に亜鉛めっき層を形成した後、接地電極のみをめっき剥離液に浸漬することで、接地電極の亜鉛めっき層を化学的に剥離する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
しかしながら、接地電極に樹脂チューブ等のマスクを被せる方法では、めっき処理前にマスクを接地電極に被せたり、そのマスクをめっき処理後に除去する工程が必要となり、且つ、コストが高くなるという問題が起こる。また、特許文献１のような方法では、亜鉛めっき層だけでなく接地電極をも研削する可能性があり、接地電極の曲げ加工の際に接地電極の切削痕を起点にした疲労破壊が生ずる等の接地電極の強度を低下させる虞がある。さらに、特許文献２のような方法では、亜鉛めっきとめっき剥離液との化学反応の際に発生するミストが主体金具の接地電極付近に付着し、主体金具の亜鉛めっき層をも剥離する虞がある。これにより、主体金具の防食性が低減してしまう虞があるため、主体金具の近辺まで接地電極の亜鉛めっき層を剥離する事が困難であった。 However, in the method of covering the ground electrode with a mask such as a resin tube, a step of covering the mask with the ground electrode before the plating process or a step of removing the mask after the plating process is required, and the cost increases. . In addition, in the method as disclosed in Patent Document 1, there is a possibility that not only the galvanized layer but also the ground electrode may be ground, and fatigue fracture starting from the cutting trace of the ground electrode occurs when the ground electrode is bent. The strength of the ground electrode may be reduced. Furthermore, in the method as disclosed in Patent Document 2, mist generated during the chemical reaction between the galvanizing and the plating stripping solution may adhere to the vicinity of the ground electrode of the metal shell, and the zinc plating layer of the metal shell may be peeled off. is there. As a result, the corrosion resistance of the metal shell may be reduced, and it is difficult to peel the galvanized layer of the ground electrode to the vicinity of the metal shell.
本発明の課題は、接地電極の強度を低下させること無く、コストを低減し、且つ、生産性を向上しつつ、接地電極に形成される亜鉛めっき層が剥離するのを防止することができるスパークプラグの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a spark capable of preventing the galvanized layer formed on the ground electrode from peeling off while reducing the cost and improving the productivity without reducing the strength of the ground electrode. The object is to provide a method of manufacturing a plug.
本発明のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、該絶縁体の軸孔の先端側に配設される中心電極と、前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、前記中心電極と放電ギャップを隔てて対向する、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈのいずれか１つを主成分とする接地電極と、を備えるスパークプラグの製造方法において、
前記主体金具に前記接地電極の一端が結合された金具組立体を用意し、該金具組立体の表面全体に亜鉛を主成分とする亜鉛めっき層を形成するめっき形成工程と、該亜鉛めっき層が形成された前記接地電極を、少なくとも該接地電極の他端部側部位が７００℃以上１０００℃未満の温度となるように加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする。
The spark plug of the present invention includes an insulator having an axial hole extending in the axial direction, a center electrode disposed on a distal end side of the axial hole of the insulator, a metal shell surrounding the insulator, and the center In a method for manufacturing a spark plug, comprising: a ground electrode mainly composed of any one of Ir, Pt, and Rh, facing the electrode with a discharge gap therebetween;
Preparing a metal fitting assembly in which one end of the ground electrode is coupled to the metal shell, forming a zinc plating layer mainly composed of zinc on the entire surface of the metal fitting assembly, and the zinc plating layer A heating step of heating the formed ground electrode so that at least the other end side portion of the ground electrode has a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C.
本発明の製造方法は、亜鉛めっき層が形成された接地電極を加熱する。これにより、亜鉛めっき層の一部が接地電極の表面と合金化し、残部が酸化または蒸発することで、亜鉛めっき層の接地電極からの剥離を防止することができる。よって、接地電極を研削する必要が無く、接地電極の強度が低下することがない。また、めっき剥離液を使用する必要が無くなり、主体金具の近辺まで接地電極のめっきを剥離しても、主体金具の防食性を保つことができる。 The manufacturing method of the present invention heats the ground electrode on which the galvanized layer is formed. Thereby, a part of the galvanized layer is alloyed with the surface of the ground electrode, and the remainder is oxidized or evaporated, thereby preventing the galvanized layer from being peeled off from the ground electrode. Therefore, it is not necessary to grind the ground electrode, and the strength of the ground electrode does not decrease. Further, it is not necessary to use a plating stripping solution, and the corrosion resistance of the metallic shell can be maintained even if the plating of the ground electrode is stripped to the vicinity of the metallic shell.
そして、亜鉛めっき層が形成された接地電極の他端部部位の温度が７００℃以上１０００℃未満となるように加熱する。加熱温度が７００℃未満では、亜鉛めっき層の一部が充分に酸化又は蒸発することが難しく、亜鉛めっき層を除去することが難しい。一方、加熱温度が１０００℃以上では、接地電極の再結晶やひずみ等が発生する場合が多く、接地電極の強度が低下する。なお、少なくとも該接地電極の他端部部位が７００℃以上１０００℃未満の温度となるように加熱すればよく、接地電極全体が上記温度になっても良いし、接地電極の他端部側部位のみが上記温度になっても良い。また、本発明において、主成分とは、含有している成分のうち、最も多く含有されている成分のことをいう。 And it heats so that the temperature of the other end part site | part of the ground electrode in which the galvanization layer was formed will be 700 degreeC or more and less than 1000 degreeC. When the heating temperature is less than 700 ° C., it is difficult for a part of the galvanized layer to be sufficiently oxidized or evaporated, and it is difficult to remove the galvanized layer. On the other hand, when the heating temperature is 1000 ° C. or higher, recrystallization or distortion of the ground electrode often occurs, and the strength of the ground electrode decreases. It should be noted that at least the other end portion of the ground electrode may be heated to a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C., the entire ground electrode may reach the above temperature, or the other end side portion of the ground electrode. Only the above temperature may be reached. Moreover, in this invention, a main component means the component contained most among the contained components.
さらに、接地電極の他端部部位は、軸線と接地電極の重心を含む断面で切断したときの、中心電極の先端面の接地電極側縁と接地電極と主体金具との接合面の中心電極側縁との最短距離Hとし、接地電極側縁を起点に最短距離Hの９０％以下の領域に位置する接地電極の部位のことをいう。発明者等の検討によると、上記領域に位置する接地電極の部位（他端部側部位）の亜鉛めっき層が剥離すると、中心電極と接地電極との間に付着しやすい。そこで、少なくとも他端部側部位を加熱することで、亜鉛めっき層の一部を合金化し、残部を酸化または蒸発させることができ、有効に亜鉛めっきの剥離を防止することができる。 Further, the other end portion of the ground electrode is cut at a cross section including the axis and the center of gravity of the ground electrode, and the ground electrode side edge of the tip surface of the center electrode and the center electrode side of the joint surface between the ground electrode and the metal shell The shortest distance H from the edge is a portion of the ground electrode that is located in an area of 90% or less of the shortest distance H starting from the edge on the ground electrode side. According to the study by the inventors, when the galvanized layer at the portion of the ground electrode (the other end portion portion) located in the region is peeled off, it tends to adhere between the center electrode and the ground electrode. Therefore, by heating at least the other end side portion, a part of the galvanized layer can be alloyed and the remaining part can be oxidized or evaporated, thereby effectively preventing the galvanized peeling.
また、本発明のスパークプラグの製造方法は、加熱工程において、接地電極にレーザを照射することにより、亜鉛めっき層が形成された接地電極を加熱することが良い。加熱手段としてレーザを使用することで、主体金具を加熱することなく、容易に接地電極のみを加熱することができ、亜鉛めっき層の一部が接地電極の表面と合金化し、残部が酸化または蒸発することで、亜鉛めっき層を除去することができる。よって、亜鉛めっき層の接地電極からの剥離を防止することができる。なお、レーザは、パルスレーザであっても良いし、ＣＷレーザでもあってもよい。 In the spark plug manufacturing method of the present invention, in the heating step, the ground electrode on which the galvanized layer is formed is preferably heated by irradiating the ground electrode with a laser. By using a laser as a heating means, it is possible to easily heat only the ground electrode without heating the metal shell, a part of the galvanized layer is alloyed with the surface of the ground electrode, and the rest is oxidized or evaporated. By doing so, the galvanized layer can be removed. Therefore, peeling of the galvanized layer from the ground electrode can be prevented. The laser may be a pulse laser or a CW laser.
さらに、大気よりも低酸素雰囲気下で接地電極にレーザを照射することが良い。このように、大気よりも低酸素雰囲気下で加熱工程を行うことで、亜鉛めっき層が酸化することを抑制し、亜鉛めっき層の一部を合金化させ、亜鉛めっき層の残部はほとんど蒸発させて除去することができる。よって、亜鉛めっき層の接地電極からの剥離を十分に防止することができる。 Furthermore, it is preferable to irradiate the ground electrode with a laser in a lower oxygen atmosphere than the atmosphere. In this way, by performing the heating step in a lower oxygen atmosphere than the air, the galvanized layer is suppressed from being oxidized, part of the galvanized layer is alloyed, and the remainder of the galvanized layer is almost evaporated. Can be removed. Therefore, peeling of the galvanized layer from the ground electrode can be sufficiently prevented.
ところで、スパークプラグの中には、接地電極の一端部（主体金具との接合部）から他端部に向かうほど中心電極に常に近づく形態のものがある。これは、主体金具の先端面に棒状の接地電極を軸線に向かって軸線方向と交わるように接合することで、金具組立体を形成する。このような形態の金具組立体のうち、接地電極の他端部の中心電極側内周面と接地電極の他端面との端縁と、主体金具の先端面との軸線方向の距離が２ｍｍ以下の金具組立体は、上記のような最短距離Hの９０％の領域に含まれる接地電極の部位が平行電極型スパークプラグに比べて主体金具の先端側により近づくこととなる。すると、従来のように接地電極を研削する方法や、めっき剥離液に浸す方法がより困難となる。ところが、本発明の製造方法を用い、接地電極を加熱することで、上記問題が生じることが無く、容易に接地電極の亜鉛めっき層の剥離を防止することができる。 By the way, some spark plugs have a configuration in which the center electrode is always closer to the other end portion from the one end portion (joint portion with the metal shell) of the ground electrode. This is to form a metal fitting assembly by joining a rod-shaped ground electrode to the front end surface of the metal shell so as to cross the axial direction toward the axis. In the metal fitting assembly having such a configuration, the axial distance between the edge of the center electrode side inner peripheral surface of the other end portion of the ground electrode and the other end surface of the ground electrode and the front end surface of the metal shell is 2 mm or less. In the metal fitting assembly, the portion of the ground electrode included in the region of 90% of the shortest distance H as described above comes closer to the front end side of the metal shell than the parallel electrode type spark plug. Then, the conventional method of grinding the ground electrode and the method of immersing in the plating stripper become more difficult. However, by using the manufacturing method of the present invention and heating the ground electrode, the above problem does not occur, and the galvanized layer of the ground electrode can be easily prevented from peeling off.
また、本発明のスパークプラグの製造方法は、加熱除去工程後、除去された接地電極の他端部に貴金属からなる電極チップを接合する接合工程を含むことがよい。接地電極の他端部には耐久性向上の為に、貴金属からなる電極チップが溶接等により接合されることがある。この場合、接地電極の他端部に形成されている亜鉛めっき層を除去することで、容易に貴金属チップを接合することができる。 The spark plug manufacturing method of the present invention preferably includes a joining step of joining an electrode tip made of a noble metal to the other end of the removed ground electrode after the heating removal step. In order to improve the durability, an electrode tip made of a noble metal may be joined to the other end of the ground electrode by welding or the like. In this case, the noble metal tip can be easily joined by removing the galvanized layer formed on the other end of the ground electrode.
以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面を用いて説明する。図１に示す本発明の実施形態１の抵抗体入りスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部が突出するようにその主体金具１に嵌め込まれた絶縁体２、先端側に接合された第１貴金属チップ３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、第１貴金属チップ３１（中心電極３）の先端面に対向するように第２の貴金属チップ４１を接合した接地電極４等を備えている。そして、これら第１貴金属チップ３１と第２貴金属チップ４１との間が放電ギャップｇとなっている。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A spark plug 100 with a resistor according to Embodiment 1 of the present invention shown in FIG. 1 is joined to a cylindrical metal shell 1, an insulator 2 fitted into the metal shell 1 so that the tip portion protrudes, and a tip side. With the first noble metal tip 31 protruding, the center electrode 3 provided on the inner side of the insulator 2 and the second noble metal tip 41 so as to face the front end surface of the first noble metal tip 31 (center electrode 3). A joined ground electrode 4 and the like are provided. A discharge gap g is formed between the first noble metal tip 31 and the second noble metal tip 41.
主体金具１は炭素鋼等で形成され、図１に示すように、その外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取付けるためのねじ部１２が形成されている。また、ねじ部１２の後端側には、フランジ状の鍔部１ｆを備える。さらに、フランジ部１ｆの後端側には、主体金具１を取り付ける際にスパナやレンチ等の工具を係合させる六角状の軸断面形状を有する工具係合部１ｅを備え、その後端側には、主体金具１を後述する絶縁体２に対して固定するかしめ部１ｄを有している。 The metal shell 1 is made of carbon steel or the like, and as shown in FIG. 1, a threaded portion 12 for attaching the spark plug 100 to an engine block (not shown) is formed on the outer peripheral surface thereof. Further, on the rear end side of the screw portion 12, a flange-shaped flange portion 1f is provided. Furthermore, the rear end side of the flange portion 1f is provided with a tool engaging portion 1e having a hexagonal shaft cross-sectional shape for engaging a tool such as a spanner or a wrench when the metal shell 1 is attached, and on the rear end side thereof. The metal shell 1 has a caulking portion 1d for fixing it to an insulator 2 described later.
主体金具１１の表面全体には防食のための亜鉛めっき層１４１が形成され、更にその外面にはクロメート層１４２が形成されている。亜鉛めっき層１４１は、めっき処理により形成される。また、亜鉛めっき層の膜厚は３μｍ〜１０μｍである。一方、クロメート層１４２は、更なる防食の効果を上昇させるために形成され、含有される９５ｗｔ％が三価クロムである。また、クロメート層１４２の膜厚は、０．２μｍ〜０．５μｍである。 A galvanized layer 141 for corrosion protection is formed on the entire surface of the metal shell 11, and a chromate layer 142 is formed on the outer surface thereof. The galvanized layer 141 is formed by a plating process. Moreover, the film thickness of a galvanization layer is 3 micrometers-10 micrometers. On the other hand, the chromate layer 142 is formed to increase the effect of further anticorrosion, and 95 wt% contained is trivalent chromium. Further, the thickness of the chromate layer 142 is 0.2 μm to 0.5 μm.
絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有している。貫通孔６の一方の端部側に端子金具１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部には、導電性ガラスシール層１６、１７を有し、導電性ガラスシール層１６、１７を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。 The insulator 2 is made of, for example, a ceramic sintered body such as alumina or aluminum nitride, and has a through-hole 6 for fitting the center electrode 3 along its own axial direction. A terminal fitting 13 is inserted and fixed on one end side of the through hole 6, and the center electrode 3 is inserted and fixed on the other end side. A resistor 15 is disposed between the terminal fitting 13 and the center electrode 3 in the through hole 6. Conductive glass sealing layers 16 and 17 are provided at both ends of the resistor 15, and are electrically connected to the center electrode 3 and the terminal fitting 13 through the conductive glass sealing layers 16 and 17, respectively. .
中心電極３は、電極母材３ａが表面に形成され、内部に金属芯３ｂが挿入されている。そして、中心電極３の電極母材３ａは、INCONEL６００（INCO社の登録商標）等のＮｉ合金である。一方、金属芯３ｂは、Ｃｕ、Ａｇ等を主成分とする合金からなる。そして、中心電極３の電極母材３ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに円板状の貴金属チップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部を形成してこれを固着することにより第１貴金属チップ３１が形成される。上記第１貴金属チップ３１は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＷを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｉｒ、Ｐｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｉｒ−５ｗｔ％Ｒｈ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＩｒ合金が挙げられる。 The center electrode 3 has an electrode base material 3a formed on the surface and a metal core 3b inserted therein. The electrode base material 3a of the center electrode 3 is a Ni alloy such as INCONEL600 (registered trademark of INCO). On the other hand, the metal core 3b is made of an alloy mainly composed of Cu, Ag, or the like. The electrode base material 3a of the center electrode 3 is reduced in diameter on the tip side and has a flat tip surface. A disc-shaped noble metal tip is superimposed on the tip surface, and laser welding is performed along the outer edge of the joint surface. The first noble metal tip 31 is formed by forming a welded portion by electron beam welding, resistance welding or the like and fixing it. The first noble metal tip 31 is made of a metal mainly composed of Pt, Ir, and W. Specific examples include Pt alloys such as Pt-20 wt% Ir, Pr-20 wt% Rh, Pt-20 wt% Ir-5 wt% Rh, and Ir alloys such as Ir-5 wt% Pt, Ir-20 wt% Rh. .
接地電極４は、INCONEL６００等のＮｉ合金や、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈのいずれかを主成分とする貴金属等で形成されている。そして、接地電極４は、一端部４２が、主体金具１の先端面に対して溶接等により固着・一体化されている。また、接地電極４の他端部４３には、第２貴金属チップ４１が備えられている。この第２貴金属チップ４１は、円柱状の貴金属チップを接地電極４の所定位置に設け、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により固着することにより第２貴金属チップ４１が形成される。上記第２貴金属チップ４１は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＷを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｎｉ、Ｐｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｉｒ−５ｗｔ％Ｒｈ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＩｒ合金が挙げられる。そして、第２貴金属チップ４１の対向面４１ａは、中心電極先端面（具体的には第１貴金属チップ３１の先端面３１ａ）に対向している。 The ground electrode 4 is formed of a Ni alloy such as INCONEL 600, a noble metal having any one of Ir, Pt, and Rh as a main component. The ground electrode 4 has one end 42 fixed and integrated with the front end surface of the metal shell 1 by welding or the like. A second noble metal tip 41 is provided at the other end 43 of the ground electrode 4. The second noble metal tip 41 is formed by providing a cylindrical noble metal tip at a predetermined position of the ground electrode 4 and fixing it by laser welding, electron beam welding, resistance welding or the like. The second noble metal tip 41 is made of a metal containing Pt, Ir, and W as main components. Specific examples include Pt alloys such as Pt-20 wt% Ni, Pr-20 wt% Rh, Pt-20 wt% Ir-5 wt% Rh, and Ir alloys such as Ir-5 wt% Pt, Ir-20 wt% Rh. . The facing surface 41a of the second noble metal tip 41 faces the center electrode tip surface (specifically, the tip surface 31a of the first noble metal tip 31).
そして、接地電極４の他端部４３の表面には、1μｍ〜２μｍの膜厚の合金層１４３が形成されている。なお、実施形態１では、合金層１４３が形成されている接地電極４の他端部４３は、軸線Ｏと接地電極４の重心を含む断面で切断したとき（図２参照）に、中心電極３の先端面（本発明の場合、貴金属チップ３１の先端面３１１）の接地電極側縁３１１ａと接地電極４と主体金具１との接合面１１の中心電極側縁１１１との最短距離H１とし、接地電極側縁３１１を起点に最短距離H１の９０％以下の領域Ｋ１に位置する接地電極の他端部側部位Ｍ１を含む。 An alloy layer 143 having a thickness of 1 μm to 2 μm is formed on the surface of the other end portion 43 of the ground electrode 4. In the first embodiment, the other end 43 of the ground electrode 4 on which the alloy layer 143 is formed is cut by a cross section including the axis O and the center of gravity of the ground electrode 4 (see FIG. 2). The shortest distance H1 between the ground electrode side edge 311a of the front end surface (in the present invention, the front end surface 311 of the noble metal tip 31) and the center electrode side edge 111 of the joint surface 11 of the ground electrode 4 and the metal shell 1 is grounded. It includes the other end side portion M1 of the ground electrode located in the region K1 of 90% or less of the shortest distance H1 starting from the electrode side edge 311.
このようなスパークプラグ１００は、次のようにして製造する。但し、本実施形態１の要部の製造方法を中心に説明し、公知部分については、説明を省略または簡略化する。 Such a spark plug 100 is manufactured as follows. However, the manufacturing method of the main part of the first embodiment will be mainly described, and the description of the known part will be omitted or simplified.
まず、主原料にアルミナを使用し、高温の所定の形状に焼成することによって絶縁体２を形成する。また、鋼材を使用し、所定の形状に塑性加工することによって、主体金具１を形成する。この際、主体金具の軸線方向中央部にフランジ部１ｆ、その後端側に工具係合部１ｅ、主体金具１の先端部の外周面にねじ部１２を形成している。次いで、Ｎｉ耐熱合金からなる棒状の中心電極３、接地電極４を作成する。なお、中心電極３の形成時には、金属芯３ｂを挿入して形成している。 First, the insulator 2 is formed by using alumina as a main raw material and firing it into a predetermined shape at a high temperature. Moreover, the metal shell 1 is formed by using a steel material and plastic processing into a predetermined shape. At this time, a flange portion 1f is formed at the central portion in the axial direction of the metal shell, a tool engaging portion 1e is formed at the rear end side, and a screw portion 12 is formed on the outer peripheral surface of the tip portion of the metal shell 1. Next, a rod-shaped center electrode 3 and a ground electrode 4 made of a Ni heat-resistant alloy are prepared. Note that when the center electrode 3 is formed, the metal core 3b is inserted.
そして、接地電極４を主体金具１の先端面に抵抗溶接等を用いて接合し、金具組立体２００（図３（ａ）参照）を形成する。この金具組立体２００の接地電極４は曲げ加工前であり、直線的に延びた形状となっている。この金具組立体２００を図４に示すバレルめっき装置２０１を用いてめっき処理を行う。バレルめっき装置２０１は、壁面が網や穴開き板等により構成された保持容器２０２と、亜鉛が混合された亜鉛めっき浴２０３を備えている。また、亜鉛めっき浴２０３には対向電極２０４が配置され、対向電極２０４は直流電源２０５の一端に接続される。なお、直流電源２０５の他端は保持容器２０２内の通電電極２０６に接続している。めっき処理は、保持容器２０２に複数の金具組立体２００を入れ、亜鉛めっき浴２０３に浸漬する。そして、保持容器２０２に取り付けられたモータ２０７により保持容器２０２を回転させながら、通電電極２０５を介して、金具組立体２００と対向電極２０４との間で通電することで、金具組立体２００全体の表面に亜鉛めっきを施す。 Then, the ground electrode 4 is joined to the front end surface of the metal shell 1 using resistance welding or the like to form the metal fitting assembly 200 (see FIG. 3A). The ground electrode 4 of the metal fitting assembly 200 is before bending and has a shape extending linearly. The metal fitting assembly 200 is plated using a barrel plating apparatus 201 shown in FIG. The barrel plating apparatus 201 includes a holding container 202 whose wall surface is configured by a net, a perforated plate, or the like, and a zinc plating bath 203 in which zinc is mixed. A counter electrode 204 is disposed in the galvanizing bath 203, and the counter electrode 204 is connected to one end of a DC power source 205. Note that the other end of the DC power source 205 is connected to the energizing electrode 206 in the holding container 202. In the plating process, a plurality of metal fitting assemblies 200 are placed in the holding container 202 and immersed in the galvanizing bath 203. Then, while the holding container 202 is rotated by a motor 207 attached to the holding container 202, current is passed between the metal fitting assembly 200 and the counter electrode 204 through the energizing electrode 205, thereby the entire metal fitting assembly 200. The surface is galvanized.
上記のように金具組立体２００に亜鉛めっきを施すと、図３（ｂ）に示すように、金具組立体２００の表面全体に亜鉛めっき層１４１が形成される。その後、金具組立体２００を洗浄・乾燥し、クロメート処理を行う。クロメート処理は図５に示すようにクロメート処理装置２５０を用いて上記とめっき処理と同様に処理を行っている。但し、クロメート処理は、上記のように電極、電源は設けずに非電離型のものを使用している。 When galvanizing is performed on the metal fitting assembly 200 as described above, a galvanized layer 141 is formed on the entire surface of the metal fitting assembly 200 as shown in FIG. Thereafter, the bracket assembly 200 is washed and dried, and chromate treatment is performed. As shown in FIG. 5, the chromate treatment is carried out using a chromate treatment apparatus 250 in the same manner as described above and the plating treatment. However, the chromate treatment uses a non-ionizing type electrode without providing electrodes and a power source as described above.
上記のように金具組立体２００にクロメート処理を施すと、図３（ｃ）に示すように、金具組立体２００の亜鉛めっき層１４１の外面にクロメート層１４２が形成される。その後、金具組立体２００を洗浄・乾燥し、加熱処理を行う。具体的には、図６に示すような加熱処理装置３００を用いて加熱処理を行う。加熱処理装置３００は、主体金具１の工具係合部１ｅを保持するチャック３０１と、接地電極４の温度を測定するための温度測定装置３０２（例えばサーモグラフィ）と、接地電極４を加熱するためのレーザ照射装置３０３を備える。加熱処理は、亜鉛めっき層１４１、クロメート層１４２が形成された金具組立体２００を接地電極４が上方になるようにして、主体金具１の工具係合部１ｅをチャック３０１により固定する。そして、温度測定装置３０２を用いて、接地電極４の温度を測定しつつ（図６の裏方向から表方向に向かって測定しつつ）、レーザ照射装置（図示せず）から接地電極４に向かってＣＷレーザＬを図６左方向から照射する。なお、このとき、ＡｒもしくはＮ２含有ガス雰囲気中で行っている。そして、測定温度測定装置３０１による接地電極４の他端部４３の温度（他端部部位Ｍ１）が７００℃を越えたとき、１０００℃以上にならないように、レーザ照射装置３０３を調整し、２〜１０秒間照射する。すると、接地電極４の他端部４３に形成された亜鉛めっき層１４１の一部が接地電極４の表面と合金化し、残部が酸化または蒸発する。その後、チャック３０１から金具組立体２００を取り外す。これにより、図３（ｄ）に示すように、主体金具１のみに亜鉛めっき層１４１、クロメート層１４２が形成され、接地電極４の他端部４３には合金層１４３のみが形成された金具組立体２００が形成される。 When the chromate treatment is performed on the metal fitting assembly 200 as described above, the chromate layer 142 is formed on the outer surface of the galvanized layer 141 of the metal fitting assembly 200 as shown in FIG. Thereafter, the metal fitting assembly 200 is cleaned and dried, and heat treatment is performed. Specifically, heat treatment is performed using a heat treatment apparatus 300 as illustrated in FIG. The heat treatment apparatus 300 includes a chuck 301 that holds the tool engaging portion 1 e of the metal shell 1, a temperature measurement device 302 (for example, thermography) for measuring the temperature of the ground electrode 4, and a heating device for heating the ground electrode 4. A laser irradiation device 303 is provided. In the heat treatment, the tool engaging portion 1e of the metal shell 1 is fixed by the chuck 301 so that the ground electrode 4 faces upward in the metal fitting assembly 200 on which the galvanized layer 141 and the chromate layer 142 are formed. Then, while measuring the temperature of the ground electrode 4 using the temperature measuring device 302 (measured from the back direction to the front direction in FIG. 6), the laser irradiation device (not shown) is directed toward the ground electrode 4. The CW laser L is irradiated from the left direction in FIG. At this time, it is performed in an Ar or N 2 containing gas atmosphere. Then, when the temperature of the other end portion 43 of the ground electrode 4 by the measurement temperature measuring device 301 (the other end portion M1) exceeds 700 ° C., the laser irradiation device 303 is adjusted so as not to exceed 1000 ° C. Irradiate for 10 seconds. Then, a part of the galvanized layer 141 formed on the other end portion 43 of the ground electrode 4 is alloyed with the surface of the ground electrode 4, and the remaining portion is oxidized or evaporated. Thereafter, the bracket assembly 200 is removed from the chuck 301. As a result, as shown in FIG. 3D, the metal fitting assembly in which the zinc plating layer 141 and the chromate layer 142 are formed only on the metal shell 1 and only the alloy layer 143 is formed on the other end 43 of the ground electrode 4. A solid 200 is formed.
このように、亜鉛めっき層１４１が形成された接地電極４を、少なくとも他端部側部位Ｍ１（他端部４３）が７００℃以上１０００℃未満の温度となるように加熱することで、亜鉛めっき層１４１の一部が接地電極４の表面と合金化し、残部が酸化または蒸発することで、亜鉛めっき層１４１を除去することができる。よって、亜鉛めっき層１４１の接地電極からの剥離を防止することができる。 In this way, the ground electrode 4 on which the galvanized layer 141 is formed is heated so that at least the other end portion side portion M1 (the other end portion 43) has a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. A part of the layer 141 is alloyed with the surface of the ground electrode 4 and the remainder is oxidized or evaporated, whereby the galvanized layer 141 can be removed. Therefore, peeling of the galvanized layer 141 from the ground electrode can be prevented.
さらに、加熱処理において、亜鉛めっき層１４１が形成された接地電極４にレーザを照射することにより、容易に亜鉛めっき層１４１の一部が接地電極４の表面と合金化し、残部が酸化または蒸発することで、亜鉛めっき層を除去することができる。よって、亜鉛めっき層１４１の接地電極４からの剥離を防止することができる。 Further, in the heat treatment, by irradiating the ground electrode 4 on which the galvanized layer 141 is formed with a laser, a part of the galvanized layer 141 is easily alloyed with the surface of the ground electrode 4 and the remainder is oxidized or evaporated. Thus, the galvanized layer can be removed. Therefore, peeling of the galvanized layer 141 from the ground electrode 4 can be prevented.
次に、絶縁体２の軸孔６に中心電極３を先端側が絶縁体２から突出するように挿入する。なお、中心電極３は、先端部を縮径し、その先端面に貴金属チップを電気抵抗溶接、レーザ溶接等により固設し、第１貴金属チップ３１を形成している。次いで、後端側に導電性シール層１６、抵抗体１５、導電性シール層１７を順に挿入し、さらに、絶縁体２の後端側に、絶縁体２の後端から端子金具１３の後端側が突出するように端子金具１３を挿入して、公知の手法を使って、固設する。そして、中心電極３、端子金具１３等が固設された絶縁体２を、接地電極４が固設された主体金具１に接地電極４に組み付ける。そして、接地電極４の他端部４３に貴金属チップを電気抵抗溶接、レーザ溶接等により固設し、貴金属チップ４１を形成する。なお、接地電極４には亜鉛めっき層１４１が形成されていないので、容易に貴金属チップ４１を接合することができる。そして、接地電極４の第２貴金属チップが４１が中心電極３の第１貴金属チップ３１と放電ギャップｇを介して対向するように、接地電極４を曲げ、図１に示すような、内燃機関用スパークプラグ１００が完成する。 Next, the center electrode 3 is inserted into the shaft hole 6 of the insulator 2 so that the tip side protrudes from the insulator 2. The center electrode 3 has a reduced diameter at the tip, and a noble metal tip is fixed to the tip surface by electrical resistance welding, laser welding, or the like to form a first noble metal tip 31. Next, the conductive seal layer 16, the resistor 15, and the conductive seal layer 17 are sequentially inserted on the rear end side. Further, on the rear end side of the insulator 2, the rear end of the terminal fitting 13 from the rear end of the insulator 2. The terminal fitting 13 is inserted so that the side protrudes, and is fixed using a known method. Then, the insulator 2 to which the center electrode 3 and the terminal fitting 13 are fixed is assembled to the ground electrode 4 on the metal shell 1 to which the ground electrode 4 is fixed. Then, a noble metal tip is fixed to the other end portion 43 of the ground electrode 4 by electric resistance welding, laser welding or the like to form the noble metal tip 41. Since the galvanized layer 141 is not formed on the ground electrode 4, the noble metal tip 41 can be easily joined. Then, the ground electrode 4 is bent so that the second noble metal tip 41 of the ground electrode 4 faces the first noble metal tip 31 of the center electrode 3 through the discharge gap g, and the internal combustion engine as shown in FIG. The spark plug 100 is completed.
なお、本実施例におけるめっき処理が特許請求の範囲のめっき形成工程のことであり、本実施例における加熱処理が特許請求の範囲の加熱工程のことである。 In addition, the plating process in a present Example is a plating formation process of a claim, and the heat processing in a present Example is a heating process of a claim.
次に、本発明の実施形態２を図面とともに説明する。
図７に示すスパークプラグ５００は、上述したスパークプラグ１００の接地電極４が異なる形態である。なお、図７については、図１と同一部分は同一符号で示し、上記接地電極４の形状以外については、実施形態１と同様の構成であり、接地電極４について主に説明する。
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
The spark plug 500 shown in FIG. 7 has a configuration in which the ground electrode 4 of the spark plug 100 described above is different. In FIG. 7, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the configuration is the same as that of the first embodiment except for the shape of the ground electrode 4.
実施形態２のスパークプラグ５００において、接地電極５０４は、INCONEL６００等のＮｉ合金や、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈのいずれか１つを主成分とする貴金属等で形成されている。そして、接地電極５０４は、一端５４２が、主体金具１の先端面に対して溶接等により固着・一体化されている。そして、接地電極５０４は棒状であり、一端５４２から他端部５４３に向かうほど中心電極３に常に近づくようになっている。そして、主体金具１の先端面１ａと、接地電極５０４の他端部５４３の中心電極側内周面５４３ａと、接地電極５０４の他端面５４３ｂとの端縁５４３ｓとの距離ｔが１．５ｍｍとなっている。 In the spark plug 500 of the second embodiment, the ground electrode 504 is formed of a Ni alloy such as INCONEL 600, a noble metal or the like whose main component is any one of Ir, Pt, and Rh. The ground electrode 504 has one end 542 fixed and integrated with the front end surface of the metal shell 1 by welding or the like. The ground electrode 504 is rod-shaped and is always closer to the center electrode 3 as it goes from one end 542 to the other end 543. The distance t between the front end surface 1a of the metal shell 1, the center electrode side inner peripheral surface 543a of the other end 543 of the ground electrode 504, and the edge 543s of the other end surface 543b of the ground electrode 504 is 1.5 mm. It has become.
このようなスパークプラグ５００の接地電極５０４は、最短距離Ｈ２の９０％の領域Ｋ２に含まれる接地電極５０４の他端部側部位Ｍ２が実施形態１の平行電極型スパークプラグ１００に比べて主体金具１の先端側により近づくこととなる。すると、接地電極５０４を研削する方法や、接地電極５０４をめっき剥離液に浸す方法はより困難となる。しかし、実施形態１と同様に、亜鉛めっき層１４１が形成された接地電極５０４を、少なくとも他端部側部位Ｍ２（他端部５４３）が７００℃以上１０００℃未満の温度となるように加熱することで亜鉛めっき層１４１の一部が接地電極５０４の表面と合金化し、残部が酸化または蒸発することで、亜鉛めっき層１４１を除去することができる。よって、亜鉛めっき層１４１の接地電極からの剥離を防止することができる。 The ground electrode 504 of such a spark plug 500 has a metal shell in which the other end side portion M2 of the ground electrode 504 included in the region K2 of 90% of the shortest distance H2 is compared to the parallel electrode type spark plug 100 of the first embodiment. 1 is closer to the tip side. Then, the method of grinding the ground electrode 504 and the method of immersing the ground electrode 504 in the plating stripper become more difficult. However, as in the first embodiment, the ground electrode 504 on which the galvanized layer 141 is formed is heated so that at least the other end portion side portion M2 (the other end portion 543) has a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. Thus, a part of the galvanized layer 141 is alloyed with the surface of the ground electrode 504, and the remainder is oxidized or evaporated, whereby the galvanized layer 141 can be removed. Therefore, peeling of the galvanized layer 141 from the ground electrode can be prevented.
なお、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、本発明のスパークプラグ１００は、中心電極３のみに金属芯３ｂを挿入したが、これに限らず、接地電極４に金属芯が挿入されていてもよい。そして、この場合の金属芯の材質は、Ｃｕ、Ａｇ等の単体または合金から形成されている The present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose and application. For example, in the spark plug 100 of the present invention, the metal core 3 b is inserted only in the center electrode 3, but the present invention is not limited thereto, and a metal core may be inserted in the ground electrode 4. And the material of the metal core in this case is formed from simple substance or alloy, such as Cu and Ag.
また、本発明のスパークプラグ１００の製造方法は、金具組立体２００に亜鉛めっき処理及びクロメート処理及び加熱処理を行い、その後貴金属チップを溶接していたが、これに限られず、加熱処理後、超音波洗浄等の洗浄工程を行っても良い。これにより、接地電極４表面から浮いた亜鉛めっきの酸化物をさらに除去することができる。 Further, in the manufacturing method of the spark plug 100 of the present invention, the metal fitting assembly 200 is subjected to galvanizing treatment, chromate treatment, and heat treatment, and then a precious metal tip is welded. A cleaning process such as sonic cleaning may be performed. Thereby, the galvanized oxide floating from the surface of the ground electrode 4 can be further removed.
１ 主体金具
２ 絶縁体
３ 中心電極
４、５０４ 接地電極
６ 貫通孔
３１ 第1貴金属チップ
４１ 第２貴金属チップ
１００、５００ スパークプラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main metal fitting 2 Insulator 3 Center electrode 4,504 Ground electrode 6 Through-hole 31 1st noble metal tip 41 2nd noble metal tip 100,500 Spark plug
Claims (5)
該絶縁体の軸孔の先端側に配設される中心電極と、
前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
前記中心電極と放電ギャップを隔てて対向する、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈのいずれか１つを主成分とする接地電極と、を備えるスパークプラグの製造方法において、
前記主体金具に前記接地電極の一端が結合された金具組立体を用意し、該金具組立体の表面全体に亜鉛を主成分とする亜鉛めっき層を形成するめっき形成工程と、
該亜鉛めっき層が形成された前記接地電極を、少なくとも該接地電極の他端部側部位が７００℃以上１０００℃未満の温度となるように加熱する加熱工程と、
を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。 An insulator having an axial hole extending in the axial direction;
A center electrode disposed on the tip side of the shaft hole of the insulator;
A metal shell surrounding the periphery of the insulator;
In a method for manufacturing a spark plug, comprising: a ground electrode mainly composed of any one of Ir, Pt, and Rh, facing the center electrode with a discharge gap therebetween;
Preparing a metal fitting assembly in which one end of the ground electrode is coupled to the metal shell, and forming a zinc plating layer mainly composed of zinc on the entire surface of the metal fitting assembly; and
A heating step of heating the ground electrode on which the galvanized layer is formed so that at least the other end side portion of the ground electrode has a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C .;
A method for manufacturing a spark plug, comprising:
前記加熱工程において、前記接地電極にレーザを照射することにより、前記亜鉛めっき層が形成された前記接地電極を加熱することを特徴とするスパークプラグの製造方法。 In the spark plug manufacturing method according to claim 1,
In the heating step, the ground electrode on which the galvanized layer is formed is heated by irradiating the ground electrode with a laser.
大気よりも低酸素雰囲気下で前記接地電極に前記レーザを照射するスパークプラグの製造方法。 In the spark plug manufacturing method according to claim 2,
A spark plug manufacturing method for irradiating the ground electrode with the laser in an oxygen atmosphere lower than the atmosphere.
前記接地電極は、該接地電極の一端から他端部に向かうほど前記中心電極に近づく形態であって、前記接地電極の他端部の中心電極側内周面と他端面との端縁と、前記主体金具の先端面との距離が２ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグの製造方法。 In the manufacturing method of the spark plug according to any one of claims 1 to 3,
The ground electrode is in a form that approaches the center electrode as it goes from one end of the ground electrode to the other end, and an edge between the inner peripheral surface on the center electrode side and the other end surface of the other end of the ground electrode; A method for manufacturing a spark plug, wherein a distance from a front end surface of the metal shell is 2 mm or less.
前記加熱除去工程後、除去された前記接地電極の他端部に貴金属からなる電極チップを接合する接合工程を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
In the manufacturing method of the spark plug according to any one of claims 1 to 4,
A method of manufacturing a spark plug, comprising: a joining step of joining an electrode tip made of a noble metal to the other end portion of the ground electrode removed after the heating and removing step.
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